Wireless Link Layer and IEEE 802.11 Prof. Michael Tsai 2012/10/15

Infrastructure Wireless LAN Connection to the Internet Switch and/or router Ethernet Access Point Ethernet Access Point

Ad hoc Wireless LAN No “centralized controller” to relay traffic No pre-deployed infrastructure

IEEE 802.11 Variants Year Max Data Rate Frequency Band IEEE 802.11 1997 2 Mbps 2.4 GHz IEEE 802.11a 1999 54 Mbps 5 GHz IEEE 802.11b 11 Mbps IEEE 802.11g 2003 IEEE 802.11n 2009 300 Mbps (20 MHz BW) or 600 Mbps (40 MHz BW) 2.4 GHz/5 GHz IEEE 802.11ac Not yet finalized (as of 2012) Up to > 800 Mbps (20, 40, 80, 160 MHz)

2.4 GHz 802.11 Channels Taiwan (following U.S. regulations) can only use up to channel 11 (2462 MHz)

SSID/Beacon 定時廣播Beacon, 內含這個AP的相關資訊 主要為ssid (網路的名稱), 支援的data rate, 時間資訊等 (Passive scanning) csie syslab ntu beacon probe beacon ivlab 或可由client發出probe, AP收到後回覆beacon.

Authentication/Association Association: 和AP產生關聯. 以上兩步驟完成後才能開始透過AP傳送資料。

MAC Protocol for Wireless Networks 主要不同 無線的傳輸相較於有線非常容易出錯 每個封包成功接收後(檢查CRC)，接收端在接收後等待 SIFS(802.11所規定的等待時間)，接著傳輸ACK封包。 傳輸端接收到此一封包後，即可知之前傳輸的封包已正確傳輸。 若傳輸端未接收到此一封包，則會再次傳輸同樣封包 (retransmission)。 無法偵測碰撞(collision) 原因: 收到的訊號相較於自己正在傳輸的訊號非常小 原因: 有部分情形下，無法偵測到碰撞(hidden terminal problem) 一旦開始傳輸以後，就會傳到結束 所以，在802.11無線網路的MAC中，當偵測到沒有人傳輸的時 候，會先等隨機一段時間後再開始傳輸。(避免同時開始的問題)

Hidden Terminal Problem ㄅ的傳輸範圍 ㄆ的傳輸範圍 ㄇ ㄆ ㄅ ㄅ和ㄆ都想傳給ㄇ 在ㄇ可能會產生碰撞，因為ㄅ和ㄆ偵測不到對方的傳輸

Exposed Terminal Problem ㄅ的傳輸範圍 ㄆ的傳輸範圍 ㄇ ㄅ ㄆ ㄈ ㄅ和ㄆ會分別聽到對方的傳輸 雖然在ㄇ和ㄈ碰撞是不可能的，ㄅ和ㄆ卻不會同時傳 輸(CSMA的關係)

CSMA/Collision Avoidance (CA) ㄇ ㄆ ㄅ IEEE 802.11 (WiFi) Handshake四部曲 RTS (Request to send) CTS (Clear to send) Data ACK (Acknowledgement) 使用 NAV (Network Allocation Vector) 在CTS中標示需要保留通 道的時間(虛擬CSMA) CTS 會被ㄅ和ㄆ接收到， 所以它們互相都知道對方 ㄇ ㄆ ㄅ ㄈ RTS of ㄇㄅ 不會被 ㄆ接收到 RTS of ㄈㄆ 不會被 ㄅ接收到 因此它們可以同時傳輸

Rate Adaptation Throughput 5.5 Mbps 2 Mbps 1 Mbps SNR 當SNR不足，但是傳輸速率(data rate)太高時會使一大部分的封包都錯誤 一般作法: 當出現連續封包錯誤時，降低傳輸速率一級。 當出現連續封包正確時，提升傳輸速率一級。 問題: 當封包出現連續錯誤時，並無法確定是因為SNR太低!

作業 請說明為何連在不同無線網路(例如ntu和csie)的clients仍 可能互相干擾而造成對方的client封包傳輸錯誤。請畫圖 表示基地台及clients的位置、干擾及傳輸的路徑。 請說明，為什麼我們通常可以粗略估計，連在同一個基 地台下的client的實際傳輸速率(data rate)為基地台的理論 傳輸速率(如802.11g的54 Mbps)除以連線在這台基地台的 client數目? 請從CSMA的設計來說明。 加強傳輸的功率似乎可以使網路在周圍干擾很多時，提 升SINR的一個方法。請問這為什麼不是一個好的做法？ 可能會造成什麼問題？請說明下列無線網路相關的設計 為什麼在這樣的狀況下會使網路非常緩慢: (1) rate adaptation (2) random backoff in MAC protocol (3) acknowledgement & retransmission